输电系统稳态运行的调整控制重庆大学版电力系统件

1、1会计学输电系统稳态运行的调整控制重庆大学输电系统稳态运行的调整控制重庆大学版电力系统件版电力系统件2再设图再设图6.16.1所示网络为非均一网络，则功率分布按阻抗分布，其表达式为所示网络为非均一网络，则功率分布按阻抗分布，其表达式为这时，全网的功率损耗这时，全网的功率损耗3从而从而4（3)3)并联补偿并联补偿这种方式也往往是为系统无功平衡、电压调整或改善系统稳定性的要求而设这种方式也往往是为系统无功平衡、电压调整或改善系统稳定性的要求而设置的。置的。（4)4)串联加压器串联加压器这是一种移相调节的方式。在环形网络中串联一可调的加压器使产生一可调这是一种移相调节的方式。在环形网络中串联一可调的

2、加压器使产生一可调5678在高电压网络中，由于输电线路的电阻远小于电抗，可视在高电压网络中，由于输电线路的电阻远小于电抗，可视00，则式，则式(6.2)(6.2)可近似为可近似为9图6.5主要办理电型FACTS控制器的功能示意图101)1)基于晶闸管阀的输电型基于晶闸管阀的输电型FACTSFACTS控制器控制器静止无功功率补偿器静止无功功率补偿器 (Static Var Compensator, SVC) (Static Var Compensator, SVC)。一种并联联接的静止无功发生器或吸收器，可调节其输出交换的容性或感性一种并联联接的静止无功发生器或吸收器，可调节其输出交换的容性或感

3、性111213晶闸管投切的串联电容器晶闸管投切的串联电容器 (Thyristor Switched Series Capacitor, (Thyristor Switched Series Capacitor, 1415162)2)基于基于GTOGTO同步电压源的输电型同步电压源的输电型FACTSFACTS控制器控制器1718统一潮流控制器统一潮流控制器 (Unified Power Flow Controller, UPFC) (Unified Power Flow Controller, UPFC)。1920可见，线路中的功率由自然分布功率可见，线路中的功率由自然分布功率和附加电压源控制功

4、率和附加电压源控制功率两部两部分组成。分组成。21当当时，式时，式(6.7)(6.7)中有：中有：22图6.14 三种FACTS装置对线路潮流的控制域1统一潮流控制器(UPFC);2可控移相器(TCPS);3可控串联电容 (TCSC)23再将式再将式(6.9)(6.9)右侧第一项展开为实部右侧第一项展开为实部( (P Pc c) )和虚部和虚部( (Q Qc c) )，即，即24频率变化对电能用户有以下的影响：频率变化对电能用户有以下的影响：电力用户使用的电气设备中绝大多数是异步电动机，其转速与系统频率有电力用户使用的电气设备中绝大多数是异步电动机，其转速与系统频率有关。关。25输电系统中的负

5、荷时刻都在不规则地变化着。这种不规则的变化，实际上为输电系统中的负荷时刻都在不规则地变化着。这种不规则的变化，实际上为两类变化的结合。一类是可预测的；另一类是随机的偶然性变化和冲击性变两类变化的结合。一类是可预测的；另一类是随机的偶然性变化和冲击性变化化( (如压延机、电气机车、工业电炉等负荷如压延机、电气机车、工业电炉等负荷) )。26输电系统中有功功率电源是各类发电厂的发电机。系统中的电源容量不一定输电系统中有功功率电源是各类发电厂的发电机。系统中的电源容量不一定是所有机组额定容量之和。可投入发电设备的可发功率之和，才是真正可供是所有机组额定容量之和。可投入发电设备的可发功率之和，才是真正

6、可供系统调度的电源容量。系统调度的电源容量。电力系统有功电源容量必须大于包括负荷最大有功功率、网损及厂用电在内电力系统有功电源容量必须大于包括负荷最大有功功率、网损及厂用电在内273 3）检修备用）检修备用为保证系统的发电设备进行定期检修时不致影响供电而系统中留有的备用容为保证系统的发电设备进行定期检修时不致影响供电而系统中留有的备用容量，即为检修备用容量。量，即为检修备用容量。28其一：输电系统有功功率平衡指运行中任何时刻系统发电机发出有功功率的其一：输电系统有功功率平衡指运行中任何时刻系统发电机发出有功功率的总和，等于系统负荷总和，等于系统负荷( (包括发电厂厂用负荷包括发电厂厂用负荷)

7、)需要的有功功率及输变配电过程需要的有功功率及输变配电过程中网络元件消耗的有功功率之和，即中网络元件消耗的有功功率之和，即29（1)1)负荷的频率特性负荷的频率特性它决定于负荷的组成。由于负荷类型不同，负荷的有功功率与系统频率的关它决定于负荷的组成。由于负荷类型不同，负荷的有功功率与系统频率的关系也不同，一般有下面几种类型：系也不同，一般有下面几种类型：有功功率与频率变化无关的负荷，如照明、电炉、整流负荷等。有功功率与频率变化无关的负荷，如照明、电炉、整流负荷等。30如以如以P PDNDN，f fN N为基准，可表示为标幺值形式：为基准，可表示为标幺值形式：显然，系统频率在额定时，显然，系统频

8、率在额定时，f f* *=1=1，P PD D* *=1=1，则，则31K KD D ，K KD D* *= =称负荷的频率调节效应系数，又称负荷的单位调节功率，它反映了称负荷的频率调节效应系数，又称负荷的单位调节功率，它反映了系统负荷对频率的自动调整作用。该特性系数决定于系统负荷的组成，显然系统负荷对频率的自动调整作用。该特性系数决定于系统负荷的组成，显然是不可调整的。是不可调整的。32图6.15 负荷频率静态特性331)1)调速器的工作原理调速器的工作原理从调速器的调节过程可见，负荷增大，发电机输出功率增加，转速与频率略从调速器的调节过程可见，负荷增大，发电机输出功率增加，转速与频率略低于

9、原来值；如果负荷减小，调速器调整作用将使输出功率减小，转速与频低于原来值；如果负荷减小，调速器调整作用将使输出功率减小，转速与频34将上述调节过程中发电机组的有功功率与频率关系用有功功率将上述调节过程中发电机组的有功功率与频率关系用有功功率频率静态特频率静态特性曲线表示，其近似为一直线，如图性曲线表示，其近似为一直线，如图6.176.17所示，简称为发电机组的功频静态所示，简称为发电机组的功频静态特性或频率特性。特性或频率特性。它反映了系统频率变化引起发电机输出功率的变化，负号表示二者变化方向它反映了系统频率变化引起发电机输出功率的变化，负号表示二者变化方向35通常用百分数表示：通常用百分数表

10、示：从空载到满载从空载到满载, ,发电机的单位调节功率为发电机的单位调节功率为36汽轮发电机的汽轮发电机的R R%=46%=46， K KG G * *=2516.6=2516.6水轮发电机的水轮发电机的R R%=24%=24， K KG G * *=5025=50253)3)调频器的工作原理调频器的工作原理图6.18发电机组的功频静态特性37这就是调频器的动作原理，此调节过程称二次调整或调频，其动作是由外界这就是调频器的动作原理，此调节过程称二次调整或调频，其动作是由外界信号信号( (手动或自动操纵伺服马达手动或自动操纵伺服马达) )来控制的。来控制的。（3)3)系统等值机的频率特性系统等值

11、机的频率特性对于多机系统，电源的功频静态特性应是系统机组的等值功频静态特性，或对于多机系统，电源的功频静态特性应是系统机组的等值功频静态特性，或称等值机的频率特性，仍如图称等值机的频率特性，仍如图6.176.17所示。所示。38则系统电源的单位调节功率即为各装有调速器机组的单位调节功率之和。用则系统电源的单位调节功率即为各装有调速器机组的单位调节功率之和。用标幺值计算时，有：标幺值计算时，有：39功功率功功率P PG G，cdcd段则为负荷减少的有功功率段则为负荷减少的有功功率P PD D。由式。由式(6.26)(6.26)及式及式(6.16)(6.16)可可知，即知，即40图6.20频率的一

12、次调整4142如果二次调整发电机组增发的功率能够完全补偿负荷功率的原始增量，即如果二次调整发电机组增发的功率能够完全补偿负荷功率的原始增量，即P PG0G0= P PD D0 0 ，则，则f f=0=0，亦即实现了无差调节。无差调节如图，亦即实现了无差调节。无差调节如图6.226.22中虚线所中虚线所示。示。上述单机上述单机负荷系统的调频过程可推广运用于实际系统中多台机组的情况。负荷系统的调频过程可推广运用于实际系统中多台机组的情况。43大型电力系统都有几个负荷中心，通常将这样的系统分成几个相互联系的子大型电力系统都有几个负荷中心，通常将这样的系统分成几个相互联系的子系统，各子系统之间的输电线

13、作为联络线用以交换功率。因此，提出了在调系统，各子系统之间的输电线作为联络线用以交换功率。因此，提出了在调整系统频率的同时控制联络线上交换或输送功率的问题。整系统频率的同时控制联络线上交换或输送功率的问题。图6.23互联系统频率调整44实际上，两个联合运行的系统频率是相等的，即实际上，两个联合运行的系统频率是相等的，即f fA A=f fB B=f f，可得，可得从而从而45由上面两式可得出如下结论：由上面两式可得出如下结论：联合系统频率的变化取决于联合系统总的功率缺额及总的单位调节功率。联合系统频率的变化取决于联合系统总的功率缺额及总的单位调节功率。图6.24例6.3两系统联合46（4)4)

14、调频厂的选择调频厂的选择主调频厂又称第一调频厂，承担主要的调频任务；辅助调频厂的调频器动作主调频厂又称第一调频厂，承担主要的调频任务；辅助调频厂的调频器动作整定在系统频率偏移超过某一定值时参加调频，按照参加次序又分为第二调整定在系统频率偏移超过某一定值时参加调频，按照参加次序又分为第二调47综上所述，从调整容量和调整速度这两个最基本的条件来看，在水、火电厂综上所述，从调整容量和调整速度这两个最基本的条件来看，在水、火电厂4849图6.26调度通信系统示意图50维持系统频率等于或十分接近额定值。维持系统频率等于或十分接近额定值。维持系统内各区域间或各子系统间联络线的交换功率在允许范围内。维持系统

15、内各区域间或各子系统间联络线的交换功率在允许范围内。维持系统中各发电设备按最经济方式运行。在自动发电控制系统中引入经维持系统中各发电设备按最经济方式运行。在自动发电控制系统中引入经516.36.3输电系统无功功率及电压的调整控制输电系统无功功率及电压的调整控制电压是表征电能质量的又一重要指标。电压调整与频率调整比较有如下的不电压是表征电能质量的又一重要指标。电压调整与频率调整比较有如下的不52电力系统在正常运行中，负荷随时都在发生变化，电力系统的运行方式也常电力系统在正常运行中，负荷随时都在发生变化，电力系统的运行方式也常有变化。实际上，要保证系统中各节点和所有用户受电端的电压在任何时刻有变化

16、。实际上，要保证系统中各节点和所有用户受电端的电压在任何时刻都为额定值是不可能的。各节点电压值在运行过程中对其额定电压总会有一都为额定值是不可能的。各节点电压值在运行过程中对其额定电压总会有一53事故状况下，允许在上述数值上再增加事故状况下，允许在上述数值上再增加5%5%，但正偏移最大不能超过，但正偏移最大不能超过+10%+10%发电厂和变电所的发电厂和变电所的10(6) kV10(6) kV母线，其电压偏移范围应严格按中用户电压母线，其电压偏移范围应严格按中用户电压规定值经计算确定。规定值经计算确定。电力系统节点的供电电压相对其额定值偏移过大，会使用户电气设备的性能电力系统节点的供电电压相对

17、其额定值偏移过大，会使用户电气设备的性能恶化。恶化。电压质量也影响电力系统自身的安全运行及经济性。电网运行电压偏低，会电压质量也影响电力系统自身的安全运行及经济性。电网运行电压偏低，会54这时，只能减少线路输送的无功功率以使节点电压偏移值保持在允许的范围这时，只能减少线路输送的无功功率以使节点电压偏移值保持在允许的范围内，而供给末端负荷不足的无功功率只能在末端设置除发电机以外的其他无内，而供给末端负荷不足的无功功率只能在末端设置除发电机以外的其他无功电源来补充。这即为满足电压质量要求而设置的无功补偿电源，简称无功功电源来补充。这即为满足电压质量要求而设置的无功补偿电源，简称无功补偿。补偿。2)

18、2)节点电压对负荷无功功率的作用节点电压对负荷无功功率的作用下面将进一步讨论节点电压与负荷无功功率的关系。下面将进一步讨论节点电压与负荷无功功率的关系。55其中，激磁无功功率随端电压降低呈平方关系减小，漏抗无功功率则随电压其中，激磁无功功率随端电压降低呈平方关系减小，漏抗无功功率则随电压降低而增大，这是因为电压降低，转差率降低而增大，这是因为电压降低，转差率S S加大，定子电流加大，定子电流I I增大所致增大所致( (见图见图56图6.27 异步电动机简化等值电路 图6.28 异步电动机的QU特性图6.29综合负荷的无功功率电压静态特性57由此断言，保证电压质量的前提条件是系统必须具有充足的无

19、功电源容量。由此断言，保证电压质量的前提条件是系统必须具有充足的无功电源容量。输电系统的无功功率平衡包含两个方面：一是保证电压质量的前提下，运行输电系统的无功功率平衡包含两个方面：一是保证电压质量的前提下，运行过程中任何时刻系统各类无功电源所发无功功率总和必须等于全系统负荷和过程中任何时刻系统各类无功电源所发无功功率总和必须等于全系统负荷和网损所需的无功功率；再是，全系统必须有一定的无功电源备用容量，以便网损所需的无功功率；再是，全系统必须有一定的无功电源备用容量，以便58发电机的可发无功功率，由类似图发电机的可发无功功率，由类似图4.54.5所示的发电机所示的发电机PQPQ运行图或电力系统运

20、行图或电力系统规划设计手册中提供的发电机有功功率降低时允许最大无功功率变化曲线确规划设计手册中提供的发电机有功功率降低时允许最大无功功率变化曲线确定。定。调相机。调相机。59所以，电容器作为无功补偿电源在国内外都得到广泛采用。所以，电容器作为无功补偿电源在国内外都得到广泛采用。静止补偿器和静止调相器。静止补偿器和静止调相器。静止补偿器和静止调相器皆为并联型静止补偿器和静止调相器皆为并联型FACTSFACTS装置。装置。60表表6.16.1列出一些典型数值。列出一些典型数值。61（1)1)中枢点的电压偏移中枢点的电压偏移626364在实际电力系统中，由于同一中枢点母线供电的负荷可能更多，且中枢点

21、到在实际电力系统中，由于同一中枢点母线供电的负荷可能更多，且中枢点到各负荷处线路上电压损耗的大小和变化规律的差别可能更大，完全可能出现各负荷处线路上电压损耗的大小和变化规律的差别可能更大，完全可能出现在某些时段内的中枢点电压取任何值都不能同时满足全部负荷对电压质量要在某些时段内的中枢点电压取任何值都不能同时满足全部负荷对电压质量要求的情况。由此可见，仅依靠控制中枢点电压，不一定就能完全控制所有负求的情况。由此可见，仅依靠控制中枢点电压，不一定就能完全控制所有负65对于负荷变动甚小、供电线路不长的电力网络，只要在允许电压偏移值范围对于负荷变动甚小、供电线路不长的电力网络，只要在允许电压偏移值范围

22、内，最大负荷时电压可以低一些，最小负荷时电压可以高一些，这种调压方内，最大负荷时电压可以低一些，最小负荷时电压可以高一些，这种调压方式称式称“顺调压顺调压”。66图中负荷处的电压图中负荷处的电压U UD D可表示为：可表示为：6768由发电机经多级变压供电的系统，由于其供电范围大，线路上电压损耗较大，由发电机经多级变压供电的系统，由于其供电范围大，线路上电压损耗较大，仅借助于改变发电机端电压来调压往往不能满足全系统各处对电压质量的要仅借助于改变发电机端电压来调压往往不能满足全系统各处对电压质量的要求。例如图求。例如图6.356.35所示系统。所示系统。对于多电源的大型电力系统，改变发电机电压会

23、引起电源间无功功率的重新对于多电源的大型电力系统，改变发电机电压会引起电源间无功功率的重新6970变压器的变比即为绕组间匝数之比，改变变压器的变比则通过改变绕组间匝变压器的变比即为绕组间匝数之比，改变变压器的变比则通过改变绕组间匝71（1)1)双绕组降压变压器双绕组降压变压器图图6.376.37为变压器等值电路。其中，变压器阻抗归算至高压侧，变压器符号表为变压器等值电路。其中，变压器阻抗归算至高压侧，变压器符号表示一个理想变压器。由变压器变比的定义可得：示一个理想变压器。由变压器变比的定义可得：72以以M M表示最大负荷方式，表示最大负荷方式，m m表示最小负荷方式，分别计算两种方式下的接头电

24、表示最小负荷方式，分别计算两种方式下的接头电压压7374（4)4)有载调压变压器有载调压变压器采用上述的普通变压器采用上述的普通变压器( (又称无载调压变压器又称无载调压变压器) )，有时会出现这种情况，即不，有时会出现这种情况，即不论选取哪一个接头电压都不能同时满足最大方式和最小方式下低压母线的实论选取哪一个接头电压都不能同时满足最大方式和最小方式下低压母线的实757677一般可在降压变电所低压母线或大负荷的中心变电所设置电容器、调相机、一般可在降压变电所低压母线或大负荷的中心变电所设置电容器、调相机、静止补偿器等无功电源装置，称并联补偿。并联补偿调压的实质是改变系统静止补偿器等无功电源装置

25、，称并联补偿。并联补偿调压的实质是改变系统78按调压要求，变电所低压母线的电压值为按调压要求，变电所低压母线的电压值为UjCUjC，将它代入上式，可得：，将它代入上式，可得：79最小负荷时作为无功负荷，最小负荷时作为无功负荷，Q Qscsc应满足应满足80在以上计算中，在以上计算中，X X均为电压恒定的供电点到补偿点的总电抗。均为电压恒定的供电点到补偿点的总电抗。81利用无功补偿进行电压调整，其效果与网络性质及负荷情况有关。在高电压利用无功补偿进行电压调整，其效果与网络性质及负荷情况有关。在高电压网络中，导线截面积较大，线路的电抗比电阻大，且变压器的电抗更远大于网络中，导线截面积较大，线路的电

26、抗比电阻大，且变压器的电抗更远大于电阻。电阻。82（2)2)并联电抗器并联电抗器根据上述并联电抗器的功能，电抗器的容量就应在使无功分层、分区就地平根据上述并联电抗器的功能，电抗器的容量就应在使无功分层、分区就地平衡的同时，以达到限制工频过电压、限制潜供电流、不产生自励磁等条件为衡的同时，以达到限制工频过电压、限制潜供电流、不产生自励磁等条件为83由电压降计算式可知，降低的电压降随负荷功率的增大而增大，随负荷功率由电压降计算式可知，降低的电压降随负荷功率的增大而增大，随负荷功率的减小而减小，恰与调压要求一致，对电压起正向调节作用。因此，串联电的减小而减小，恰与调压要求一致，对电压起正向调节作用。

27、因此，串联电容补偿的调压效果优于并联电容补偿。容补偿的调压效果优于并联电容补偿。84利用发电机调压不附加设备也就不需附加投资，应优先考虑。改发电机为调利用发电机调压不附加设备也就不需附加投资，应优先考虑。改发电机为调相机或发电机进相运行皆可调整电压。相机或发电机进相运行皆可调整电压。普通变压器在运行过程中不能改变变比也就不能调整电压；采用有载调压变普通变压器在运行过程中不能改变变比也就不能调整电压；采用有载调压变压器虽能带负荷切换变比，但又必须以系统电源无功功率充足为前提。压器虽能带负荷切换变比，但又必须以系统电源无功功率充足为前提。85开式网络的潮流分布是不可控也不能控制的；两端供电网络可通

28、过调节电源开式网络的潮流分布是不可控也不能控制的；两端供电网络可通过调节电源的功率或电压来控制潮流分布，但有一定局限性；环形网络可串联电容补偿的功率或电压来控制潮流分布，但有一定局限性；环形网络可串联电容补偿以改变线路参数，或串联加压器在网络中产生一循环功率等，以达到调控潮以改变线路参数，或串联加压器在网络中产生一循环功率等，以达到调控潮86电型电型FACTSFACTS控制器的定义和基本功能；以及控制器的定义和基本功能；以及“柔性交流输电技术柔性交流输电技术”控制潮流控制潮流的基本原理和几种控制器对潮流的控制域等内容。的基本原理和几种控制器对潮流的控制域等内容。频率是衡量电能质量最重要的指标，必须得到保证。保证频率的前提是系统频率是衡量电能质量最重要的指标，必须得到保证。保证频率的前提是系统87对于互联系统，在调整过程中为避免联络线上可能出现过负荷，应对联络线对于互联系统，在调整过程中为避免联络线上可能出现过负荷，应对联络线的交换功率进行监视和调整。互联系统频率偏移量和联络线上交换功率的变的交换功率进行监视和调整。互联系统频率偏移量和联络线上交换功率的变化量分别为：化量分别为：88发电机所能供应的